基于IC卡的楼宇门禁系统的设计Word格式文档下载.doc

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学生姓名：

何敏

指导教师：

唐晨光

设计（论文）要求：

一、内容说明:

1、设计系统框图；

2、选择合适的IC卡，综合比较；

3、设计具体电路、编写软件，实现功能；

4、包含系统调试模块。

二、要求与说明:

2、选择合适的数据采集方案；

5.字数不少于4000字（包括图）;

不得抄袭,否则责任自负,并作不及格处理;

6.按要求设计好封面，字体、段落和格式等严格按论文模板要求。

电子文档经指导老师审查符合要求才能参加答辩。

全部文件交系部统一电脑打印，并装订成册;

9.毕业论文（设计）都要求在毕业前进行答辩。

学生可以参考一些专业性的杂志,掌握论文格式;

10.实习报告或毕业设计具体要求见附表。

三、时间要求：

1.于2010年下学期第15周前完成毕业设计;

2.答辩时间:

2010年12月10日。

目录

摘要 4

1．引言 4

2．门禁系统的发展 4

3．方案设计 5

3.1．卡式门禁的选择 5

3.2．门禁系统的构成 6

4．硬件设计 6

4.1．无线通信接口电路模块 7

4.1.1．nRF903芯片介绍…………………………………………………………………………7

4.1.2．nRF903与MCU的连接 ..8

4.2．非接触式IC卡门禁系统的构成 8

4.2.1．读卡器 9

4.2.2．读写芯片 10

4.3．非接触式IC卡系统 10

4.3.1．非接触式IC卡系统的构成 10

4.3.2．非接触式IC卡的功能组成 10

5．软件设计 11

5.1．设计思路 11

5.2．主程序设计 11

5.3．MFRC500应用子程序设计 12

5.3.1．AT89C52对MFRC500的初始化 12

5.3.2．AT89C52对MFRC500的操作 13

5.3.3．AT89C52对MFRC500的控制指令 13

5.4．通信协议 13

5.5．门禁机通信方式 14

6．结束语 15

7．参考文献 15

摘要：

本论文介绍了一种基于无线通信的非接触式IC卡楼宇门禁系统，阐述了系统中数据的多点跳传无线通信方式及通信协议。

论文主要讨论了无线通信在IC卡楼宇门禁系统中的软、硬件实现方法，并给出了该系统的硬件电路框图和通信软件流程图。

本论文还系统分析了非接触式IC卡门禁技术的发展状况和非接触式IC卡系统。

关键词：

无线通信门禁系统非接触式IC卡

1、引言

随着以人为本的社会生活意识的提高，越来越多的住户对小区的安全防范意识也不断的增强，实现小区管理的智能化势在必行。

门禁系统已由早期单纯的门道及钥匙管理，发展为一套完整的出入管理系统，并且通过采用先进的网络技术，使整套系统的操作和自身资源的使用不再受时间和地域的限制。

目前，IC卡门禁系统数据的传输基本是基于有线的网络,如RS485,CAN等。

这些有线网络施工布线工作量大，网线易受人为破坏，线路损坏后，故障点不易查找，且易受雷击和过电压的影响。

而数据采用无线传输方式又常常面临无法满足距离要求的难题,即使满足代价也非常大。

针对这种情况，本论文提出了一种基于多点无线数据传输的IC卡门禁系统，采用单片无线收发芯片nRF903，数据采用多点跳传的方法，每个门禁点在作为本身数据的收发端的同时,又可做为其他门禁点数据的无线转发中继站，从而构成不受传输距离限制的无线通信链路。

2、门禁系统的发展

出入口门禁系统顾名思义就是对出入口通道进行管制的系统，它是在传统的门锁基础上发展而来的。

传统的机械门锁仅仅是单纯的机械装置，无论结构设计多么合理，材料多么坚固，人们总能用通过各种手段把它打开。

在出入人很多的通道（如办公室，酒店客房）钥匙的管理很麻烦，钥匙丢失或人员更换都要把锁和钥匙一起更换。

为了解决这些问题，就出现了电子磁卡锁，电子密码锁，这两种锁的出现从一定程度上提高了人们对出入口通道的管理程度，使通道管理进入了电子时代，但随着这两种电子锁的不断应用，它们本身的缺陷就逐渐暴露，磁卡锁的问题是信息容易复制，卡片与读卡机具之间磨损大，故障率高，安全系数低。

密码锁的问题是密码容易泄露，又无从查起，安全系数很低。

同时这个时期的产品由于大多采用读卡部分（密码输入）与控制部分合在一起安装在门外，很容易被人在室外打开锁。

这个时期的门禁系统还停留在早期不成熟阶段，因此当时的门禁系统通常被人称为电子锁，应用也不广泛。

最近几年随着感应卡技术，生物识别技术的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展，进入了成熟期，出现了感应卡式门禁系统，指纹门禁系统，虹膜门禁系统，面部识别门禁系统，乱序键盘门禁系统等各种技术的系统，它们在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特长，门禁系统的应用领域也越来越广。

3、方案设计

3.1卡式门禁的选择

随着感应卡技术，生物识别技术的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展，进入了成熟期，出现了很多卡式门禁系统。

安全防范意识也不断的增强，人们对于卡式门禁的选择也有了很大的要求，为了达到最安全、最适用，所以对卡式的选择也很重要。

各种卡式的比较如表1所示：

表1几种卡式的比较

性能

磁卡

接触式IC卡

非接触式IC卡

信息载体

磁性物质（磁条）

EEPROM

信息量

较小

大

读取方式

电磁转换

电擦写

无线通信

保密性

一般

好

识别速度

低

很快

读取距离

接触

远

使用寿命

短

长

很长

成本

较高

多标签同时识别

不能

能

从表1可以看出，非接触式IC卡是现今卡式门禁系统最好、最合适的选择。

所以本论文是采用非接触式IC卡的门禁管理系统。

非接触式IC卡是IC卡领域的一项新兴技术，它是射频识别技术和IC卡技术相结合的产物。

3.2门禁系统的构成

门禁系统构成分为三部分：

一是无线IC卡门禁机部分，二是中央控制电脑的软件管理系统模块，三是无线数据收发器的数据传输模块。

其系统框图如图1所示：

图1楼宇门禁系统框图

4、硬件设计

采用Philips公司的非接触式IC卡Mifare1卡，以M1卡作为用户卡，以用户卡的序列号SN（全球唯一）为依据控制门的开启。

系统工作流程如下：

发卡系统（中央控制PC机）将用户的卡号及个人信息输入系统数据库，并将该卡号作为合法卡号下载给所有门禁机。

当M1卡进入门禁机的有效工作范围内时，门禁机读取M1卡的序列号SN，判断收到的卡号是否合法，合法则驱动电磁门锁开门，并暂时保存其开门记录；

如果是非法卡（未经授权或已挂失的卡）则拒绝开门并上传报警信息。

系统定时采集各门禁点的出入记录并加以存储、分析、处理。

硬件电路主要由MIFARE卡读写模块ZLG500A及天线、主控制器AT89C52、键盘、显示器、门禁记录与授权卡号存储器、时钟电路、监控电路、NRF903无线通信接口电路以及电磁门锁等部分组成，其硬件框图如图2所示：

图2门禁系统硬件框图

4.1无线通信接口电路模块

4.1.1nRF903芯片介绍

系统的无线通信模块采用了NordicVLSI公司的单片UHF多段无线收发芯片nRF903。

nRF903工作于433/868/915MHzISM频段，无需申请频点，具体工作频率可以通过与之相连的单片机进行设置。

●nRF903片内集成了电源管理、单片机接口、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器等模块，外围元件少；

曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成,无需用户对数据进行曼彻斯特编码,因此使用非常方便。

●nRF903采用易于获得的11.0592MHz晶振和10.7MHz滤波器，它内部集成了变容二极管，并通过频率合成器合成工作频率，因而大大降低了成本并增加了使用的灵活性。

●nRF903采用优化的GMSK调制解调技术，可在155.6KHz的有效带宽下传输最高76.8bps的数据；

天线接口设计为差分天线，因而可采用低成本的PCB天线；

最大发射功率+10dBm，接收灵敏度为460dBm,在开阔地传输距离一般可达600m以上。

●nRF903工作电压：

2.7-3.3V，低功耗。

nRF903还具有待机模式，这样更节能和高效。

●工作温度：

-40℃～+85℃，发射电流：

31mA，接收电流：

23mA，输出功率：

+10dBm，速率：

76.8kbps。

4.1.2nRF903与MCU的连接

nRF903采用SPI（串行外设接口）与微控制器通讯,它自动处理字头和CRC校验,使用极为方便,只需将要发送的数据和接收机地址送给nRF903，nRF903自动完成数据打包（加字头和CRC校验码）发送,在接收中有载波侦测引脚，接收到正确的数据包时,自动移去字头、地址和CRC校验码,然后通知微处理器取数据。

nRF903与MCU的接口电路如图3所示。

nRF903的双向数据线DATA分别连接在AT89C52的RXD和TXD引脚,RXD和TXD之间通过一个